CN111868640B - 用于为过程设备设定尺寸的由计算机执行的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由计算机执行的方法，所述方法用于执行特别是空气分离设备或天然气设备的化学过程、工艺技术过程，其中同步地执行大量的过程模拟，在此期间，各自针对某个应用情况各自模拟所述过程设备中的所述过程，其中每种应用情况通过过程设备变量的值和/或过程参数的值来表征，其中在所述大量的过程模拟中如此确定所述过程设备变量和/或所述过程参数的值，使得至少一个预定的条件得以满足，其中确定过程设备变量和/或过程参数的自由值并且其中从过程设备变量和/或过程参数的所述自由值中确定过程设备变量和/或过程参数的从属值。

Description

用于为过程设备设定尺寸的由计算机执行的方法
技术领域
本发明涉及一种由计算机执行的方法，该方法用于为用于执行化学过程、工艺技术过程的过程设备，特别是空气分离设备或天然气设备设定尺寸。
背景技术
在规划或者说设计阶段期间，首先为过程设备设定尺寸，然后再根据对应的选择的尺寸设定在对应的地点设计或者说设立过程设备，最后将其投入运行，以执行化学过程、工艺技术过程。
在设定尺寸期间，可特别地选择过程设备的变量，例如过程设备的各个元件和组件的尺寸或者说容量或不同组件的具体类型，同样地如过程参数，最终应根据这些变量和过程参数执行工艺技术过程。
在传统的过程设备规划、设计或者说尺寸设定方法的上下文中，通常首先在设计情况(通常为满负荷)下通过计算确定过程设备的有待设定尺寸的参数。然后根据该设计情况对其他负荷情况进行核算或者说审查。如果无法用设计情况的设计来推动所有相关的运行情况，通常会对设定了尺寸的参数进行调整，从而使得在所有考虑的情况下获得设备的可运行性。这种调整通常反复且手动地发生。在这种情况下，如果选择的设计无法针对所有具体的运行情况运行，往往需要旷日持久地反复调整。采用此类反复的方式往往无法找到理想的设计，特别是针对大量的有待考虑的运行情况，因为选择的设计可能会与多种运行情况的理想设计存在偏差。
例如，“Gade Pandu Rangaiah:“Multi-Objective Optimization in ChemicalEngineering:Developments and Applications”，2013年3月20日”描述了所谓的多目标优化(“multi-objective optimization”，MOO)用于模拟方法技术的过程。在这种MOO方法的过程中，会进行不同功能的多个优化，同时满足多个不同的条件。在这种多准则优化过程中，需要同时优化大量函数或方程[f1(x),...,fn(x)]，从而找到具有同时满足所有给定条件的所有向量x的解F。将找到为所有函数提供最佳可能的折衷的一组x值。
“Painton等人：“Synthesizing optimal design configurations for aBraytoncycle power plant”，1993年9月27日”描述了例如核电厂的尺寸设计。借助顺序模块化的化学过程模拟器，可以模拟核电厂的运行，以便以最佳方式确定电厂的尺寸。
发明内容
基于这一背景技术，本发明提出一种具有本发明的特征的由计算机执行的方法，该方法用于为用于执行化学过程、工艺技术过程的过程设备设定尺寸。有利的实施方式是各个技术方案以及后面的说明的对象。
过程设备可尤其为空气分离设备或一般而言为流体分离设备或天然气设备。工艺技术过程因此尤其为空气分离或者说天然气液化。
在此背景下，过程设备的尺寸设定应特别地理解为，确定过程设备变量和/或过程参数的具体的值，应根据这些变量和/或参数设计和建造过程设备并且应根据这些变量和/或参数在该过程设备中执行工艺技术过程、化学过程。
在本发明的上下文中，针对过程设备同步地(下文也称为并行地或同时地)执行大量的过程模拟，在此期间，在计算单元或者说计算机中针对某个应用情况各自模拟过程设备中的过程。应用情况通过过程设备变量的值和/或过程参数的值来表征。
在此背景下，过程设备变量或还有设计变量应特别地理解为这样的变量：这些变量描述或者说表征了过程设备和进一步特别是过程设备的各个组件。例如，这些过程设备变量可为过程设备的不同组件的尺寸，例如直径、长度、高度、宽度等。这些过程设备变量例如也可描述各个组件或者说单元的具体类型，例如使用哪种具体的泵或者这种泵具有何种具体的功率或者这种泵对流体施加何种具体的压力。这些过程设备变量的值的变化特别地直接影响着在过程设备中执行的工艺技术过程。过程设备变量的不同值特别地表征了不同的过程拓扑结构或者说过程设备拓扑结构，并且特别地表征了过程设备的具体实施方案。在此上下文中，不仅应将“过程拓扑结构”这一概念理解为不同工艺技术装置的互联的方式方法，而且在此背景下适宜地，同样还将“过程拓扑结构”这一概念用于工艺技术装置的实施方式变化时的相同互联。
在此背景下，应特别地将过程参数理解为这样的变量：该变量直接描述工艺技术过程。特别地，这些过程参数表征了运行情况，根据这些过程参数可开动过程设备或者说根据这些过程参数在过程设备中执行过程。特别地，过程参数的不同值表征了不同的过程变体，根据这些值可执行工艺技术过程。例如，这些过程参数可涉及工艺技术过程的反应物和/或产物规格。
在一种常见的表现形式中，针对应用情况的过程模拟包括大量的方程，这些方程描述了过程设备中的流程。为应用情况和设备建立这样的方程组在现有技术中是已知的。现在的创新之处在于，针对多种不同的运行情况，但是同样的设备同时求解这样的方程，优选地通过将这些方程映射到一个共同的方程组中，然后求解这个方程组。这样一来，就消除了现有技术中的问题。特别地，可找到对于所有考虑的运行情况来说都理想的设计。这是通过根据总方程组确定过程设备变量和/或过程参数的最佳值来获得的，使得至少一个预定的条件得以满足，例如目标函数变得最小。
特别地，由此求解总方程组，在其中包含至少两个不同的过程模拟，特别是例如不同的负荷情形或者说负荷率。
由于总方程组涉及过程设备，因此除了过程设备变量或者说过程参数的自由值之外(可相互独立地优化这些自由值，以满足至少一个预定的条件)，还获得了过程设备变量或者说过程参数的从属值，这些从属值各自取决于一个自由值。根据本发明，过程模拟中的过程设备变量或者说过程参数的从属值在此取决于另一个过程模拟中的(优选同样的)过程设备变量或者说(优选同样的)过程参数的自由值。
为了最优地选择自由值，优选地使用基于梯度的优化方法，该优化方法基于分析型或数字生成型雅可比矩阵的评估。在这种情况下，所获得的用于大规模设备制造中的过程设备的尺寸设定的总方程组是几百至几万个方程的数量等级。
从属值根据现有的关系从自由值中获得。从属值特别地涉及设计参数，特别是过程设备变量。虽然设计参数本身是可变的并且出于优化的目的可作为自由值一次性获取，但由于设备设计不会针对不同的运行情况而改变，所以设计参数在所有的过程模拟中都必须是相同的。因此，该参数的值在其他过程模拟中取决于第一个值，在此情况下是一致的。
现在，也针对所有考虑的过程模拟对这样的参数进行全面的优化。通过同步地执行多个过程模拟，还可特别地立即识别这些参数对结果的影响。
进一步优选地，为大量的过程模拟各自分配一个加权系数，该加权系数表明某个过程模拟或者说相关的应用情况在整体运行中的权重(例如发生频率或者说发生概率)。因此，可特别地为经常发生的运行情况设置比很少发生的运行情况更高的权重。
通过对过程参数或者说过程参数本身的值进行加权，可特别地预定各个过程参数或者说不同过程参数的各个值的重要程度。例如，可预定高的产物质量比高的产物量具有更高的权重。
在不同的同步过程模拟期间，特别地，对过程设备或者说过程设备的各个组件以及工艺技术过程的在这些组件中发生的化学子过程进行建模或者说理论描述。特别地，借助于化学方程、物理方程和数学方程描述过程设备的各个组件或者说在其中发生的物理子过程和化学子过程。
用作描述工艺技术装置的基础例如有质量、种类、能量和动量的平衡方程、热力学第二定律、种类、能量和动量的输运方程、物质和化学平衡关系或者说反应方程，以及上述各方面之间的经验和半经验的相关关系或不同过程参数的逻辑联系。
通过数学方程反映工艺技术过程的详细描述在此例如参考“Matthias Kraume:in der Verfahrenstechnik:Grundlagen und apparativeUmsetzungen.Springer Vieweg，Berlin[u.a.]，第2版，编辑版，2012年。ISBN:978-3-642-25148-1”。
为执行同步的过程模拟，特别地使用流程图(“flow sheet”)。借助于此类流程图，可描绘过程设备的各个组件及其相互间特别是流体技术和工艺技术上的联系。适宜地，将对应的表征子过程或者说组件的化学方程、物理方程和数学方程用作此类流程图的基础。
由此，具体的过程模拟或者说具有各个过程设备变量的具体值的具体流程图代表了具体的过程设备的理论图像或者说模型。借助于此类具体的过程模拟或者说此类具体的流程图，可由此模拟在该具体的过程设备中，工艺技术过程如何以不同的方式，即在过程参数的不同值下，理论上运作的。
由此，在同步的过程模拟期间可特别地建模，使得在同样的过程设备中，即在具有过程设备变量的相同的定值并且因而具有同样的过程拓扑结构的过程设备中，以不同的过程变体执行过程，即具有各个过程参数的不同值。由此可特别地识别出，在同样的过程设备中各个过程参数的变化如何产生影响。
此外，在同步的过程模拟期间，适宜地各自以不同的运行条件研究大量不同的过程拓扑结构，即过程设备变量的大量不同的值。由此可特别地识别出，在不同的过程拓扑结构下各个过程参数的变化如何对整体方法产生影响。
通过对过程参数或者说过程参数的值进行加权，可特别地评估出，在过程参数的值变化时过程受到的影响有多大。适宜地，过程设备变量和过程参数的变化的相关性并行或者说同步地在各个过程模拟中得以实现。特别地，各个运行情况或者说各个过程变体相互之间的相关性或者说依赖性得以实现。
在此方法的上下文中，从这大量的彼此依赖的或者说或互相相关的过程模拟中，确定和选择过程设备变量和/或过程参数的值的最佳组。特别地如此执行这些最佳值的确定，使得至少一个预定的条件得以满足。这些条件可特别地取决于不同的因素，这些因素特别地描述了过程设备的经济性和有效性。例如，可作为目标函数实现该条件，其中并行地并且特别地通过这个目标函数同步地优化所有的过程模拟。
特别地，由此在此方法的上下文中，同步地确定了过程设备变量的值的最佳组和彼此依赖的过程参数的值的最佳组。适宜地，由此确定过程设备的最佳拓扑结构以及对这个拓扑结构而言最佳的过程变体。特别地，如此确定过程设备变量和过程参数的最佳值，使得可设计优化的过程设备，并使得可尽可能有效地且尽可能经济地或者说按照选定的标准执行该过程设备中的过程。
特别地，在设计或者说建造过程设备之前执行该方法，例如在过程设备的规划阶段期间。特别地，可在规划阶段开始时仅预定过程设备要执行哪种工艺技术过程、化学过程，例如空气分离或生产液态天然气，以及过程设备要建在哪个地点，即过程设备中的过程要在何种环境条件下执行。在规划阶段期间，首先可基于例如经验值将基本的设备拓扑结构作为基础，然后特别地在当前方法期间如此具体说明该基本的设备拓扑结构，使得该基本的设备拓扑结构可根据在具体情况中选择的标准尽可能有效地且尽可能经济地在其对应的地点运行。
与开头所述的传统方法相比，在本发明的上下文中，同步地执行大量不同的过程模拟，这些过程模拟特别地彼此依赖和互相相关。适宜地，对数值变化在过程模拟中的影响并行和同步地在其他过程模拟中进行考虑。由此无需手动地，旷日持久地反复操作。本发明允许在同步考虑大量的运行情况的情况下确定有待设定尺寸的变量和优化复杂的过程设备。此类复杂的过程设备特别地具有高度的热和/或物质反馈，以及非常真实的具有相变的物质行为，即并非理想的气体行为，和特别地针对不同的运行情况的反应物和/或产物的规格和/或环境条件中的偏差。
适宜地，过程设备变量的所确定的最佳值根据选择的运行情况及其权重最佳地设计得出。此外适宜地，如此选择过程设备变量和过程参数的最佳值，使得过程设备获得多种运行情况下的宽的效率谱。在20至35年的经济型设备使用寿命的情况下，实际上极有可能经历多种多样的负荷情况。
有利地，使用以下变量中的一个或多个作为过程参数：产物量、产物质量、反应物量、反应物质量、环境条件、能源价格、薪酬条件(特别是针对提供能源系统服务)、过程设备组件的可用性、与工艺技术组件有关的结构或运输边界条件。通过更改此类过程参数的值，特别是产物量和质量以及反应物量和质量，可特别地考虑大量不同的产物和反应物条件。
优选地，至少一个预定的条件取决于至少一个成本变量。成本变量应特别地理解为这样的变量：应以这些变量来优化设备的运行，特别地为了使得过程设备的尽可能高的有效性和经济性成为可能。
当至少一个成本变量不超过或不低于阈值和/或尽可能大或尽可能小时，则至少一个预定的条件得以满足。由此可实现过程设备的更有效和更经济的运行。特别地还要同时遵守多个这样的边界条件，从而使得存在多变量优化。
优选地，使用以下变量中的一个或多个作为至少一个成本变量：生产设备需求量、能源需求量、产物需求量、反应物可用性、运行成本、投资成本、遵守可建性限制、产物产量、原料量、过程设备负荷、过程设备使用寿命。由此，此类成本变量的最小化或者说最大化或者说不超过或不低于阈值，特别地对过程设备的经济性和有效性产生影响。
有利地，使用一个或多个影响通过过程设备的流体流动的变量作为过程设备变量，特别是流动横截面和/或过程设备的元件，例如管道和/或装置的直径。管道和装置中的压力损失在第一近似中特别地取决于流速。作为此类过程设备变量的最佳值，特别地自由确定或从限定的直径目录中确定流动横截面。
为了明确自由值和从属值的区别，在下面说明最佳的管道直径的确定方案。一般来说，管道压力损失Δp遵循物理学规律：
Δp＝ζ/2·ρ·v2
其中流体密度为ρ，流速为v并且管道摩擦阻力为ζ，该管道摩擦阻力例如针对层流情况被限定为
ζ＝64·η/(ρ·v·D)。
在这种情况下，η为动态粘度并且D为管道直径。
在并行地模拟n种应用情况时，获得以下n个方程用于确定相应的管道压力损失Δpn
Δpn＝32·ηn/Dn·vn
为了同步地计算同一个设备，所有的直径Dn必须具有同样的值，该值在后文中用D1表示并且是用于为过程设备设定尺寸的自由值。根据这个自由值的选择，进而针对其他同步计算的模拟获得Δpn＝f(ηn,D1,vn)形式的压力损失的固定计算规则。根据所采用的术语，D2至Dn的值对应于从属值。
替代性地或附加地，使用一个或多个表征过程设备的传热器的变量作为过程设备变量，特别是总的传热面和/或传热面在侧面排气道之间的划分。热传递系数在第一近似中特别地取决于流速并且由此取决于通过量，以及传热中的流的成分。特别地，侧面排气道的相对几何位置是恒定的。针对这些过程设备变量也可限定一个自由值和n-1个从属值。
替代性地或附加地，优选地使用过程设备的一个或多个尺寸作为过程设备变量，特别是塔直径和/或塔高度。针对这些过程设备变量也可限定一个自由值和n-1个从属值。传质的效率特别地取决于气体和液体的负荷和成分，压力损失特别地取决于流速和理论底部数。
替代性地或附加地，使用一个或多个影响过程效率的变量作为过程设备变量，特别是过程设备及其组件的设计点，优选地质量流、吸气压力、排气压力、入口温度等。效率特别地取决于质量流、吸气和排气压力以及入口温度。特别地，为达到此目的，借助于无尺寸的机器组合特性曲线执行内插。
有利地，针对过程设备的组件预定了边界条件。适宜地，在同步的过程模拟和确定最佳值期间考虑这些边界条件。特别地，可通过这些边界条件在技术可实现的范围内预定过程设备的不同组件的运行。优选地，预定以下变量中的一个或多个作为此类边界条件：传热器中的热应力、不同工艺技术装置的液压限制，例如塔内装件的泛点、泵吸限制和负载限制以及机器的具体转速。
根据一种优选的实施方式，过程设备为流体分离设备，特别优选地为空气分离设备。化学过程、工艺技术过程由此有利地为流体分离，特别优选地为空气分离。空气分离设备特别地具有蒸馏柱系统作为组件，这些蒸馏柱系统可例如构造为双柱系统，特别地为典型的林德双柱系统，但也可为三柱或多柱系统。除了用于获得液态和/或气态氮和/或氧(例如液态氧、LOX、气态氧、GOX、液态氮、LIN和/或气态氮、GAN)的蒸馏柱，即用于氮氧分离的蒸馏柱外，还可设置用于获得其他空气组分，特别是惰性气体氪、氙和/或氩的蒸馏柱。蒸馏柱也被称为蒸馏塔。在此方法的上下文中，可适宜地为空气分离设备的各个或特别地所有此类组件以及在其中发生的子过程设定尺寸。例如，在本发明的上下文中，可执行流体分离设备的蒸馏塔的尺寸设定。作为过程设备变量，在此主要可考虑例如进料流体流流量率，该进料流体流流量率特别地可借助于控制压缩机单元来更改。蒸馏塔的建模可特别地根据专利申请EP17020477.0或DE102017010787.4中描述的方法来进行。
根据一种特别优选的实施方式，过程设备为天然气设备并且化学过程、工艺技术过程为天然气液化或天然气分离。
在此方法的上下文中，可考虑例如产物的特别变化的规格，特别是量和成分，和反应物的特别变化的规格，特别是量、成分和进入条件。
特别地，在此方法的上下文中可执行组合天然气设备的设计和/或优化。在此类组合天然气设备中，至少两个过程步骤是耦合的。一个此类过程步骤可例如为重型锅炉的分离，特别是C2+或C3+的分离，以生产LPG(Liquefied Petroleum Gas，液化石油气)。
另一个此类过程步骤可为氮和/或氦的分离，例如借助于所谓的“排氮单元”(Nitrogen Rejection Unit，NRU)，该排氮单元可将天然气中的氮含量降低至1％以下。另一个过程步骤可为天然气流的液化，以生产液化天然气(LNG，Liquefied Natural Gas)。
根据本发明的计算单元特别地在程序技术上被适配为执行根据本发明的方法。
以计算机程序的形式来实现该方法也是有利的，因为特别地当起执行作用的控制器还用于其他任务并且因此总归存在时这会造成特别低的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别地为磁性存储器、光学存储器和电存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等等。通过计算机网络(互联网、内联网等)下载程序也是可行的。
本发明的进一步的优点和实施方案从说明书和附图中得出。
基于实施例在附图中示意性地示出本发明，并且下面参照附图对其进行描述。
附图说明
图1示意性地示出过程设备的过程模拟，如其可在根据本发明的方法的优选实施方式期间得以创建的那样。
具体实施方式
在根据本发明的方法的一种优选实施方式的上下文中，应为过程设备，例如空气分离设备，设定尺寸。
在此，在计算单元或者说计算机中同步执行大量的过程模拟，在此期间，各自针对一种应用情况各自模拟空气分离设备中的空气分离过程，该应用情况通过过程设备变量的值和过程参数的值来表征。
在这些过程模拟中的每一个期间，各自使用一个过程流程图(“flow sheet”)，该流程图为空气分离设备建模。在此，通过化学关系、物理关系、数学关系以方程的形式对空气分离设备或者说其各个组件以及在各个组件中发生的空气分离子过程进行理论性描述。可例如从经验值中获得作为基础的基本拓扑结构。
此类过程模拟的示例，如其可在根据本发明的方法的优选的实施方式期间得以创建的那样，在图1中示意性地示出。
流程图中所模拟的空气分离设备主要具有主空气压缩机1、预冷装置2、清洁系统3、再压缩组件4、主换热器5、膨胀涡轮机6、节流装置7、泵8和蒸馏柱系统10。在示出的示例中，蒸馏柱系统10包括由高压柱11和低压柱12组成的典型双柱组件以及粗氩柱13和纯氩柱14。
在模拟的空气分离期间，在模拟的空气分离设备中借助于主空气压缩机1通过未标示的过滤器抽吸和压缩进气流。将经过压缩的进气流送往通过冷却水运行的预冷装置2。预冷却的进气流在清洁系统3中进行清洁。在典型地包括一对交替使用的吸附器容器的清洁系统3中，经过预冷的进气流基本上摆脱了水和二氧化碳。
在清洁系统3的下游将进气流划分为两个分流。将分流中的一个在主换热器5中在进气流的压力水平下完全冷却。将另一个分流在再压缩组件4中再压缩并且同样地在主换热器5中冷却，然而仅到中间温度水平。在冷却到中间温度水平后，将所谓的涡轮流借助于膨胀涡轮机6膨胀到完全冷却的分流的压力水平，与该分流结合并送入高压柱11。
在高压塔11中形成富氧的液态底部馏分和富氮的气态顶部馏分。将富氧的液态底部馏分从高压柱11中抽出，部分地用作纯氩柱14的底部蒸发器中的加热介质并且各自以限定的份额送入纯氩柱14的顶部冷凝器、粗氩柱13的顶部冷凝器以及低压柱12中。同样地，将在粗氩柱13和纯氩柱14的顶部冷凝器的蒸发腔中蒸发的流体运送进低压柱12中。
将气态的富氮顶部产物从高压柱11的顶部中抽出，在主冷凝器中液化，该主冷凝器在高压柱11与低压柱12之间形成换热连接，并按份额作为回流装入高压柱11和膨胀到低压柱12中。
在低压柱12中形成富氧的液态底部馏分以及富氮的气态顶部馏分。将前者部分地在泵8中以液体形式加压，在主换热器5中加热，并作为产物提供。将富氮的液态流从低压柱12的顶部处的液体保持装置中抽出并作为液氮产物从空气分离装置中运出。将从低压柱12顶部中抽出的气态富氮流引导通过主换热器5并在低压柱12的压力下作为氮气产物提供。此外，从低压柱12中抽出来自上部区域中的流，并且在主换热器5中加热后作为所谓的不纯氮在预冷装置2中使用，或者说在借助于电加热器加热后在清洁系统3中使用。
总体而言，在模拟的空气分离期间将空气(AIR)送入塔或者说低压柱12，并且至少将氧气和氮气各自以气态(GOX、GAN)和/或液态(LOX、LIN)的形式提取出。此外，通常会抽出不纯氮气(UN2)，如果需要，还会抽出惰性气体如氩气等。
如上所述，在此方法的上下文中，各自针对不同的应用情况同步地执行大量此类过程模拟。
为提供大量的过程模拟，特别地，更改不同过程参数的值，从而使得模拟不同的过程变体。例如，更改作为此类过程参数的反应物量和反应物质量。为了更改反应物量，可例如更改借助于主空气压缩机1吸入的进气的体积流或质量流或者说流量率。作为反应物质量，可例如更改空气的温度或可更改空气中的杂质。
此外，例如更改作为过程参数的产物量和产物质量，例如从低压柱12中抽出的液氮和液氧的量和成分。
针对各个模拟，产物量和产物质量特别地配备有具体的权重。这个权重的份额值越高，这个过程参数的预定就越重要。
此外，针对大量的模拟，作为过程设备变量的值，更改例如总的换热面积以及其在主换热器5的侧面排气道之间的划分。主换热器5的热传递系数在第一近似中例如取决于流速和流的成分。在所有的模拟中，侧面排气道的相对几何位置以及所使用的传热的结构尺寸是相同的(从属值)。
作为其他过程设备变量更改流动横截面，例如清洁系统3下游的分流的流动横截面。管道和装置中的压力损失在第一近似中取决于流速。
此外，作为过程设备变量更改塔或者说低压柱12的高度和直径。传质的效率在此取决于气体负荷和液体负荷，压力损失取决于流速、底部的类型和理论的底部数。
空气分离设备的效率特别地取决于所使用的压缩机中的最佳工作点、质量流、吸气和排气压力以及入口或者说中间冷却温度。同样地，在模拟期间更改这些过程设备变量或者说压缩机的设计点，通常为最佳工作点。
此外，还可为模拟预定边界条件，例如主换热器5中的热应力，液压限制例如塔内装件的泛点，以及主空气压缩机1、再压缩机4、节流装置7和泵8的泵吸限制和负荷限制。
通过更改对应的过程设备变量，由此各自模拟空气分离设备的不同实施方案或者说过程拓扑结构。通过更改对应的过程参数，各自模拟不同的过程变体或者说运行情况。特别地，在大量的模拟期间，针对空气分离设备的不同的过程拓扑结构中的每一个模拟每个过程变体。
特别地，在模拟中同步地实现不同运行情况的相互依赖关系。由此，例如过程设备变量以及过程参数的值的变化的相关性并行或者说同步地在各个过程模拟中得以实现。由此特别地，各个运行情况或者说各个过程变体相互之间的相关性或者说依赖性得以实现。
根据本发明，可通过对以大量的过程模拟为基础的方程作为共同的方程组进行求解同步地执行大量的过程模拟。在此，如此确定过程设备变量和过程参数的最佳值，使得预定条件得以满足。为达到此目的，同步地通过一个共同的目标函数优化各个所执行的过程模拟。该目标函数例如由生产设备需求量、运行成本和投资成本等标准组成。
通过同步地通过该共同的目标函数优化各个所执行的过程模拟，确定过程设备变量和过程参数的最佳值，从而使得预定的条件得以满足，使得生产设备需求量、运行成本和投资成本各自尽可能低。
根据对应的过程设备变量和对应的过程参数的以此方式确定的最佳值，找到尺寸设定，根据该尺寸设定可建造和运行空气分离设备。
由此在完全相同的边界条件下，通过同步优化大量可能的过程变体来选择合适的拓扑结构。此外，将考虑到同一过程拓扑结构的大量可能的运行情况的情况下的生产设备需求量、运行成本或者说投资成本降至最低。

Claims (21)

1.一种由计算机执行的方法，所述方法用于为用于执行化学过程、工艺技术过程的过程设备设定尺寸，
其中，执行大量的过程模拟，在此期间，分别针对特定应用情况分别模拟所述过程设备中的所述过程，
其中，每种应用情况通过过程设备变量的值和过程参数的值来表征，
其中不同的过程设备变量的值表征了不同的过程设备拓扑结构和过程设备的具体设计，以及其中过程参数表征了运行情况，根据这些过程参数能够开动过程设备或者根据这些过程参数在过程设备中执行过程，
其中，在大量的过程模拟中如此确定所述过程设备变量和所述过程参数的值，使得至少一个预定条件得以满足，其中，确定过程设备变量的自由值并且从过程设备变量的所述自由值中确定过程设备变量的从属值，
其中，所述大量的过程模拟中的一个过程模拟中的过程设备变量的从属值取决于所述大量的过程模拟中的另一个过程模拟中的过程设备变量的自由值，
其中，通过将所述大量的过程模拟所基于的方程作为共同的方程组进行求解，执行所述大量的过程模拟。
2.根据权利要求1所述的由计算机执行的方法，其中，通过基于梯度的优化方法确定过程设备变量的所述自由值，所述优化方法基于分析型或数字生成型雅可比矩阵的评估。
3.根据权利要求1或2所述的由计算机执行的方法，其中，为所述大量的过程模拟各自分配一个加权系数。
4.根据权利要求1或2所述的由计算机执行的方法，其中，针对所述大量的模拟各自考虑过程参数的不同值的权重。
5.根据权利要求1或2所述的由计算机执行的方法，其中，针对所述模拟使用以下变量中的一个或多个作为过程参数：
-产物量、
-产物质量、
-反应物量、
-反应物质量、
-环境条件、
-能源价格、
-薪酬条件、
-所述过程设备的组件的可用性、
-所述过程设备的工艺技术组件的结构或运输相关的边界条件。
6.根据权利要求1或2所述的由计算机执行的方法，其中，所述至少一个预定的条件取决于至少一个成本变量。
7.根据权利要求6所述的由计算机执行的方法，其中，当所述至少一个成本变量不超过或不低于阈值和/或尽可能大或尽可能小时，则所述至少一个预定的条件得以满足。
8.根据权利要求6所述的由计算机执行的方法，其中，使用下列变量中的一个或多个作为所述至少一个成本变量：
-生产设备需求量、
-能源需求量、
-产物需求量、
-反应物可用性、
-运行成本、
-投资成本、
-遵守可建性限制、
-产物产量、
-原料量、
-过程设备负荷、
-过程设备使用寿命。
9.根据权利要求1-2和7-8中的一项所述的由计算机执行的方法，其中使用一个或多个表征所述过程设备的传热器(5)的变量作为过程设备变量。
10.根据权利要求1-2和7-8中的一项所述的由计算机执行的方法，其中使用一个或多个影响通过所述过程设备的流体流动的变量作为过程设备变量。
11.根据权利要求1-2和7-8中的一项所述的由计算机执行的方法，其中使用所述过程设备的一个或多个尺寸作为过程设备变量。
12.根据权利要求1-2和7-8中的一项所述的由计算机执行的方法，其中使用一个或多个影响所述过程的效率的变量作为过程设备变量。
13.根据权利要求1-2和7-8中的一项所述的由计算机执行的方法，其中为所述过程设备的组件预定了边界条件。
14.根据权利要求1所述的由计算机执行的方法，其中为所述过程设备是空气分离设备或天然气设备。
15.根据权利要求9所述的由计算机执行的方法，其中表征所述过程设备的传热器(5)的变量包括总的传热面积和/或传热面在侧面排气道之间的划分。
16.根据前述权利要求10所述的由计算机执行的方法，其中影响通过所述过程设备的流体流动的变量包括流动横截面和/或所述过程设备的元件的直径。
17.根据前述权利要求11所述的由计算机执行的方法，其中所述过程设备的一个或多个尺寸包括塔直径和/或塔高度。
18.根据前述权利要求12所述的由计算机执行的方法，其中影响所述过程的效率的变量包括所述过程设备及其组件的设计点。
19.一种计算机，所述计算机被适配为执行根据前述权利要求中的一项所述的方法。
20.一种计算机程序产品，包括计算机程序，当在所述计算机上执行所述计算机程序时，所述计算机程序引起所述计算机执行根据权利要求1至18中的一项所述的方法。
21.一种机器可读的存储设备，所述存储设备具有存储在所述存储设备上的计算机程序，当在所述计算机上执行所述计算机程序时，所述计算机程序引起所述计算机执行根据权利要求1至18中的一项所述的方法。
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